Strutture in Acciaio Inossidabile

8/8/2019 Strutture in Acciaio Inossidabile

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Manuale di progettazione per

strutture in acciaio inossidabile(Terza Edizione)


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2006 Euro Inox e The Steel Construction Institute

2-87997-206-X2-87997-039-3 (Prima Edizione)

Euro Inox e The Steel Construction Institute hanno fatto ogni sforzo per far s che le informazioni presentate siano tecnicamentecorrette. In ogni caso, si avvisa il lettore che il materiale qui contenuto presentato unicamente per informazione generale. EuroInox, The Steel Construction Institute e tutti coloro che hanno fornito contributi non rispondono di qualunque danno o perditacausata dallimpiego delle informazioni contenute in questa pubblicazione.

ISBN 2-87997-187-X CD-ROM

ISBN 2-87997-204-3 versione inglese

ISBN 2-87997-205-1 versione francese

ISBN 2-87997-207-8 versione spagnola

ISBN 2-87997-208-6 versione finlandese

ISBN 2-87997-209-4 versione svedese

ISBN 2-87997-210-8 versione tedesca


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PREFAZIONE

Terza edizioneQuesta Terza Edizione del Manuale di Progettazione stata redatta dallo Steel ConstructionInstitute come risultato del progetto di ricerca FRAC Progetto di valorizzazione

Progettazione strutturale in acciaio inossidabile lavorato a freddo (contratto RFS2-CT-2005-00036). Si tratta di una revisione completa della Seconda Edizione con lo scopo diincludere gli acciai inossidabili austenitici lavorati a freddo e aggiornare tutti i riferimentialle nuove versioni degli Eurocodici. Questa terza Edizione fa riferimento alle parti

principali delle EN 1990, EN 1991 ed EN 1993. Lapproccio della progettazione strutturaleal fuoco nel Cap. 7 stato aggiornato e sono state inserite nuove sezioni sulla durabilitdellacciaio inossidabile in strutture interrate e sulla valutazione del costo del ciclo di vitadella struttura (life cycle costing).

Tre nuovi esempi di progettazione sono stati aggiunti per mostrare luso appropriatodellacciaio inossidabile. Questi sono stati completati dai seguenti partner del suddetto

progetto FRAC:

Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

The Swedish Institute of Steel Construction (SBI)

Technical Research Centre of Finland (VTT)

Un comitato di verifica progettuale, composto dai rappresentanti di ogni partecipante,subcontraenti ed organismi finanziatori, ha offerto la sua supervisione ai lavori ed hacontribuito alla redazione del manuale. Le seguenti organizzazioni hanno partecipato alla

stesura di questa Terza Edizione:

The Steel Construction Institute (SCI) (coordinatore del progetto)

Centro Sviluppo Materiali (CSM)

CUST, University of Blaise Pascale

Euro Inox

RWTH Aachen Institute of Steel Construction

Technical Research Centre of Finland (VTT)

The Swedish Institute of Steel Construction (SBI)

Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

Seconda edizione

Questo manuale di progettazione stato redatto dallo Steel Construction Institute per esserepubblicato come risultato del programma finanziato dalla CECA "Progetto di valorizzazione- Sviluppo dell'uso di acciaio inossidabile in edilizia" (contratto 7215-PP-056) e costituisceuna revisione completa del Manuale di progettazione per strutture in acciaio inossidabile

preparato dallo stesso Istituto fra il 1989 ed il 1992 e pubblicato da Euro Inox nel 1994.

Questa nuova edizione tiene conto dei progressi delle conoscenze in tema di comportamentodelle strutture in acciaio inossidabile nell'ultimo decennio ed, in particolare, sono statiinseriti i nuovi suggerimenti di progettazione del progetto finanziato dalla CECA e


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recentemente concluso, Sviluppo dell'uso di acciaio inossidabile nell'edilizia (contratto7210-SA/842), che stato ampliato con l'inserimento del progetto di strutture resistenti alfuoco. Negli ultimi 10 anni sono state emesse nuove norme europee sugli acciai inossidabili,sui collegamenti, sulla produzione, sul montaggio, sulle saldature, ecc. Questo manuale stato aggiornato alle normative attuali ed ai dati in esse precisati.

Un comitato di verifica progettuale, composto dai rappresentanti di ogni partecipante,subcontraenti ed organismi finanziatori, ha offerto la sua supervisione ai lavori ed hacontribuito alla redazione del manuale.

Gli esempi riportati sono stati effettuati presso i seguenti partecipanti:

Istituto di Tecnologia di Lule;

Centro di Ricerca Tecnica della Finlandia (VTT);

RWTH di Aachen;

Centre Technique Industrial de la Construction Mtallique (CTICM) The Steel Construction Institute (SCI)

Sono stati membri del comitato direttivo e/o hanno redatto gli esempi di progetto:

Nancy Baddoo The Steel Construction Institute

Massimo Barteri Centro Sviluppo Materiali (CSM)

Bassam Burgan The Steel Construction Institute

Helena Burstrand Knutsson Swedish Institute of Steel Construction (SBI)

Lars Hamrebjrk Swedish Institute of Steel Construction (SBI)

Jouko Kouhi Technical Research Centre of Finland (VTT)Roland Martland Health and Safety Executive (UK)

Enrique Mirambell Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

Anders Olsson AvestaPolarit AB (publ) (ex Lule Institute of Technology)

Thomas Pauly Euro Inox

Esther Real Universitat Politcnica de Catalunya (UPC)

Ivor Ryan Centre Technique Industrial de la Construction Mtallique

Heiko Stangenberg RWTH Aachen Institute of Steel Construction

Asko Talja Technical Research Centre of Finland (VTT)


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RINGRAZIAMENTI

Si ringraziano vivamente i seguenti organismi per il loro sostegno finanziario al progetto:

Fondo di Ricerca per lAcciaio ed il Carbone (FRAC) (ex Comunit Europea delCarbone e dell'Acciaio (CECA))

Euro Inox

Health and Safety Executive (Regno Unito)

Outokumpu Stainless Oy.


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PREMESSA

Questo manuale stato preparato per guidare ingegneri esperti nella progettazione distrutture in acciaio in generale, non necessariamente solo inossidabile. Non deve considerarsiassolutamente come pubblicazione di carattere ufficiale, n come testo in grado di esimere i

progettisti dalla loro responsabilit di garantire, nei risultati, la sicurezza e la funzionalitdelle strutture.

Il manuale diviso in due parti:

Parte I Raccomandazioni

Parte II Esempi di Progettazione

Le raccomandazioni della Parte I sono formulate secondo la filosofia degli stati limite ed,

all'occorrenza, si adeguano a quelle delle seguenti Parti dellEurocodice 3, Progettazionedelle strutture in acciaio:

EN 1993-1-1 Progetto di strutture in acciaio: norme generali sugli edifici

EN 1993-1-2 Progetto di strutture in acciaio: strutture anti-incendio

EN 1993-1-3 Progetto di strutture in acciaio: elementi e lamiere sottili formati afreddo

EN 1993-1-4 Progetto di strutture in acciaio: acciai inossidabili

EN 1993-1-5 Progetto di strutture in acciaio: elementi strutturali a piastraEN 1993-1-8 Progetto di strutture in acciaio: giunti e collegamenti

EN 1993-1-9 Progetto di strutture in acciaio: resistenza alla fatica

EN 1993-1-10 Progetto di strutture in acciaio: qualifica dei materiali per tenacitalla frattura

Questo Manuale fornisce per alcuni fattori solo valori raccomandati, che possono esseresoggetti a modifica a livello nazionale attraverso Documenti Nazionali di Applicazione.

Gli Esempi di Progettazione contenuti nella Parte II mostrano come devono utilizzarsi leRaccomandazioni. Un sistema di riferimenti incrociati individua il capitolo degli esempicorrispondente alla raccomandazione in oggetto.

Le Raccomandazioni e gli Esempi di Progettazione sono disponibili on-line presso Steelbiz(www.steelbiz.org) e sul sito web di Euro Inox (www.euro-inox.org). Un Commento alleRaccomandazioni, che include un insieme completo di riferimenti, inoltre disponibile on-line su questi siti. Lo scopo del Commento alle Raccomandazioni consentire al progettistadi valutare i fondamenti delle raccomandazioni e facilitare lo sviluppo di revisioni nonappena nuovi dati si rendano disponibili. Con loccasione, vengono presentati i risultati divarie campagne sperimentali condotte specificatamente per fornire una base di datisperimentali al Manuale. Le Raccomandazioni, gli Esempi di Progettazione e il Commento

alle Raccomandazioni sono anche disponibili su un CD edito da Euro Inox.


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Uno strumento di progettazione on-line inoltre disponibile al link www.steel-stainless.org/software per la progettazione di membrature in acciaio inossidabile formate afreddo soggette a tensione assiale, compressione assiale o flessione. Lo strumento di

progettazione calcola le propriet della sezione e la resistenza delle membrature in accordocon le raccomandazioni contenute in questo Manuale di Progettazione.

Le raccomandazioni di progettazione presentate in questo manuale si fondano sulle miglioriconoscenze a disposizione all'atto della pubblicazione. Comunque, da parte dei partecipantial progetto e degli altri partecipanti alla redazione del manuale, non si assume alcunaresponsabilit per lesioni personali, morti, perdite, danni o ritardi, comunque causati, perl'uso dei suggerimenti contenuti in questo manuale.


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INDICE

PREFAZIONE iii

RINGRAZIAMENTI v

PREMESSA vi

PARTE I - Raccomandazioni

1 INTRODUZIONE 11.1 Scopo 11.2 Simboli 11.3 Convenzione per gli assi delle membrature 3

1.4 Unit di misura 32 PRINCIPI DI PROGETTAZIONE 5

2.1 Requisiti generali 52.2 Progettazione agli stati limite 52.3 Carichi 7

3 MATERIALI: PROPRIETA, SCELTA E DURABILITA 11

3.1 Qualit dei materiali 113.2 Comportamento meccanico e valori di progetto

delle caratteristiche meccaniche16

3.3 Propriet fisiche 21

3.4 Effetti della temperatura 223.5 Life cycle costing 223.6 Scelta dei materiali 233.7 Durabilit 26

4 PROPRIETA DELLE SEZIONI TRASVERSALI 35

4.1 Generalit 354.2 Rapporti massimi larghezza/spessore 354.3 Classificazione delle sezioni trasversali 354.4 Larghezze efficaci 394.5 Elementi irrigiditi 444.6 Calcolo delle propriet delle sezioni 484.7 Resistenza delle sezioni 50

5 PROGETTO DELLE MEMBRATURE 55

5.1 Introduzione 555.2 Membrature soggette a trazione 555.3 Membrature soggette a compressione 555.4 Membrature soggette a flessione 595.5 Membrature soggette alla combinazione di

carichi assiali e momenti flettenti70

6 PROGETTO DEI COLLEGAMENTI 73

6.1 Raccomandazioni generali 736.2 Giunti bullonati 756.3 Viti autofilettanti 806.4 Giunti saldati 80


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7 PROGETTO DI STRUTTURE RESISTENTI AL FUOCO 85

7.1 Generalit 857.2 Propriet meccaniche ad elevata temperatura 857.3 Propriet termiche ad elevata temperatura 887.4 Determinazione della resistenza al fuoco delle

strutture89

8 FATICA 979 PROVE 98

9.1 Generalit 989.2 Determinazione della curva

sforzo/deformazione98

9.3 Prove su membrature 98

10 ASPETTI DELLA FABBRICAZIONE 10010.1 Introduzione 10010.2 Immagazzinamento e movimentazione 10010.3 Operazioni di formatura 10110.4 Saldatura 10310.5 Grippaggio 10810.6 Finitura 108

APPENDICE A Relazione fra le designazioni degli acciai inossidabili 111

APPENDICE B - Snellezza LT per instabilit laterale-torsionale 113B.1 Caso generale 113

B.2 Casi particolari 116APPENDICE C Caratteristiche dei materiali per il calcolo degli spostamenti 117

PARTE II - Esempi di progettazione 119

1 - Colonna a sezione circolare cava (CHS) 121

2 - Colonna saldata con sezione trasversale ad H e vincoli laterali 123

3 - Dimensionamento della lamiera grecata per una copertura a due luci 127

4 Resistenza a fatica di un giunto saldato tra elementi cavi 135

5 Giunto saldato 139

6 Giunto bullonato 147

7 Resistenza a taglio di una trave alta 153

8 Resistenza di una trave ai carichi concentrati 159

9 Trave con la flangia compressa non vincolata 165

10 Colonna con carico assiale in caso d incendio 173

11 - Dimensionamento della lamiera grecata per una copertura a due luci 181

12 Trave a C formata a freddo per una pavimentazione esterna187

13 Travatura reticolare composta da elementi cavi 195


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1 INTRODUZIONE

1.1 Scopo

I suggerimenti di questa parte del manuale valgono per specifici tipi di acciaiinossidabili impiegati nelle strutture. Servono principalmente per il progetto dielementi e di componenti strutturali secondari per edifici, installazioni offshore eanaloghe. Non devono utilizzarsi per strutture particolari, tipo quelle per gliimpianti nucleari per i quali gi esistono norme specifiche per limpiegodellacciaio inossidabile.

I suggerimenti riguardano aspetti del comportamento del materiale, la progettazione di elementi profilati a freddo e saldati ed i loro collegamenti.Valgono per gli acciai inossidabili di tipo austenitico e duplex, che sono impiegatisolitamente per applicazioni strutturali o architettoniche. Le raccomandazioni sonostate confermate esclusivamente per materiali con carico di snervamento nominale

fy inferiore a 480 N/mm2. Resistenze maggiori possono essere considerate nellaprogettazione se il progetto viene opportunamente corredato da apposite prove. Isuggerimenti sono stati formulati usando il metodo degli stati limite.

1.2 Simboli

In generale i simboli usati in questo Manuale sono gli stessi usati nellEurocodice 3, EN 1993-1-1, Progetto di strutture in acciaio, Parte 1.1, Normegenerali. E' stato fatto largo uso di indici, come ad es. Nb,z,Rd la resistenza di

progetto (indiceRd) di un pilastro soggetto ad un carico assiale (N) di instabilit(indice "b") rispetto all'asse minore (indice "z").

Dimensioni ed assi delle sezioni sono illustrati in fig.1.1. Occorre ricordare che, adifferenza della normale pratica di molti paesi, l'asse maggiore di una sezione disolito quello indicato con "y-y" e quello minore con "z-z", si veda il Cap. 1.3.

Lettere latine maiuscole

A azione eccezionale, areaC valore fissato, coefficiente

E modulo di elasticit, effetto delle azioniF azione, forzaG azione permanente, modulo di elasticit tangenziale

I momento dinerziaL lunghezza, campataM momento flettente

N forza assialeQ azione variabile

R resistenzaV azione di taglioW modulo di resistenza

Lettere greche maiuscole

differenza in. (precede il simbolo principale)


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Lettere latine minuscole

a distanza tra elementi di rinforzo; larghezza della sezione di gola deicordoni di saldatura

b larghezza, ampiezzac distanza; sporgenza

d diametro; profondite eccentricit; spostamento dellasse neutro, distanza dal bordo;distanza dallestremit

f resistenza di un materialeg intervalloh altezzai raggio di inerzia; numero interok coefficiente; fattore; lunghezza di schiacciamentol lunghezza, campata, lunghezza libera di inflessionem costanten numero di.

p passo; interasse

q forza uniformemente distribuitar raggio; raggio di raccordo

s passo sfalsatot spessoreuu asse maggiorevv asse minoreww deformazione per arricciatura

xx.yy,zz: assi ortogonali

Lettere greche minuscole

(alfa) Rapporto; coefficiente

(beta) Rapporto; coefficiente (gamma) Coefficiente parziale di sicurezza

(epsilon) Deformazione; Coefficiente

5.0

210000

235

=

yf

E

(lambda) rapporto di snellezza (una barra sopra il simboloindica parametro adimensionale)

(rho) Coefficiente di riduzione (sigma) Tensione normale (tau) Tensione tangenziale (fi) Rapporto

(chi) Coefficiente di riduzione (per instabilit) (psi) Rapporto tra le tensioni; coefficiente di riduzione

Indici

a Valore medio b Appoggio, instabilit, bullonec Sezione trasversalecr Criticod Progetto

E Euleroeff Efficacee Efficace (con ulteriori indici)el Elastico

f Alag Lordo


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i,j,k Indici (in sostituzione di valori numerici)k Caratteristica

LT Laterale-torsionaleM (riferito a) momento flettente

N (riferito a) forza assialenet Nettoo Iniziale

pl PlasticoR Resistenzar Valore ridottoS Forza interna; momento interno; secante

s Sollecitazione a trazione (area); irrigidimentot Tensione; trazione; torsioneu Asse principale maggiore della sezione trasversale; ultimaV (riferito a) azione di tagliov Taglio, asse principale minore della sezione trasversalew Anima ; saldatura; ingobbamento

x asse lungo la membraturay Snervamento (valore sperimentale); asse della sezione trasversale (assemaggiore salvo che per sezioni non simmetriche)

z Asse della sezione trasversale (asse minore salvo che per sezioni nonsimmetriche))

Tensione normale Tensione tangenziale

1.3 Convenzione per gli assi delle membratureIn generale la convenzione per gli assi delle membrature la seguente:

xx- secondo la lunghezza della membratura

yy- asse della sezione trasversale perpendicolare allanima,o allala maggiore per sezioni angolari;

zz- asse della sezione trasversale parallelo allanima, oallala maggiore per sezioni in angolari.

L'asse yy rappresenta normalmente l'asse maggiore della sezione, e quello zz ilminore. Per sezioni angolari non simmetriche gli assi maggiore e minore (uu e vv)sono inclinati rispetto agli assiyy ezz(fig.1.1).

La convenzione utilizzata per gli indici che indicano gli assi per i momenti, laseguente:"Si usa l'asse intorno al quale il momento agisce".

Per esempio, per una sezione ad I il momento flettente agente nel piano dellanima definito Myperch agisce attorno all'asse della sezione trasversale perpendicolareallanima.

1.4 Unit di misura

Si consiglia si usare nei calcoli le seguenti unit di misura:

Forze e carichi kN, kN/m, kN/m2


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Massa specifica kg/m3

Peso specifico kN/m3

Tensioni e resistenze N/mm2 (= MN/m2 or MPa)

Momento flettente kNm

Si tenga presente che, secondo la pratica europea il simbolo , utilizzato perseparare la parte intera da quella decimale di un numero.

wy y y

tw

d

t f

h

t

dy

z z

zzb b

zz

y

r

yh y

bz z

t

h

y

v

u

u

vb

h

t

Figura 1.1 Dimensioni ed assi delle sezioni


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2 PRINCIPI DI PROGETTAZIONE

2.1 Requisiti generali

Una struttura deve essere progettata e costruita per: Mantenersi integra per tutta la sua durata in servizio

Sostenere i carichi prevedibili durante la costruzione, la messa in opera e ilservizio

Limitare i danni dovuti ai sovraccarichi eccezionali

Essere adeguatamente durevole in rapporto ai suoi costi di manutenzione.

Questi requisiti possono essere rispettati se si usano materiali adatti, unaappropriata progettazione e definendo e specificando procedure per il controllodella qualit in fase di costruzione ed, all'occorrenza, un programma dimanutenzione.

Le strutture devono essere progettate tenendo conto di tutti gli stati limite relativi.

2.2 Progettazione agli stati limiteGli stati limite sono condizioni restrittive che, qualora superate, impediscono allastruttura di rispettare le prestazioni richieste. Sono noti tre tipi di stati limite: statolimite ultimo, stato limite di servizio e stato limite di durabilit. Lo stato limiteultimo quello che, superato, pu causare in tutto o in parte il collasso della

struttura e in tal modo pregiudicare la sicurezza delle persone. Lo stato limite diservizio quello per il quale, se esso viene superato, non possono pi essererispettati particolari requisiti di utilizzo. Lo stato limite di durabilit puconsiderarsi come un sottoinsieme degli altri due, dipendendo, ad es., dal fatto chela corrosione pu pregiudicare la resistenza della struttura o il suo aspetto. Alcuniesempi pertinenti sono di seguito illustrati.

Stato limite ultimo:

Resistenza (compresi snervamento, rottura, instabilit e formazione dicinematismi )

Stabilit contro svergolamenti e sbandamenti

Fratture dovute a fatica

Stato limite di servizio:

Spostamenti

Vibrazioni (ad es. indotte dal vento)

Danni riparabili imputabili alla fatica

Scorrimento viscoso

Stato limite di durabilit

Corrosione

Stabilit metallurgica


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Stato limite ultimo

Per lo stato limite ultimo, deve essere rispettata la seguente relazione:

Sd Rd (2.1)

dove:

Sd il valore di progetto delle forze e dei momenti nella membratura onellelemento dovuti ai carichi, incrementati secondo i coefficienti disicurezza, applicati sulla struttura (Fd, vedi Capitolo 2.3) e

Rd la corrispondente resistenza di progetto indicata nella relativa appendicedi queste raccomandazioni.

La resistenza di progetto Rd, normalmente data come Rk/M dove Rk laresistenza caratteristica e M un coefficiente parziale di sicurezza. Il coefficiente

parziale M assume diversi valori. La tabella 2.1 fornisce i valori di M da usare conquesto Manuale di Progettazione, presi dalla EN 1993-1-4. Deve essere inoltrefatto riferimento al Documento Nazionale di Applicazione (DNA) della norma

EN 1993-1-4 relativo al Paese per il quale si sta progettando la struttura, poichesso potrebbe indicare valori M differenti che devono essere utilizzati al posto deivalori riportati nella tabella 2.1. (Se non disponibile un DNA, allora i fattori Mdevono essere concordati con il cliente e con lautorit competente.)

Tabella 2.1 Valori raccomandati perM

Per la resistenza di: SimboloValore(EN 1993-1-4)

Sezioni trasversali progettate oltre losnervamento, compresa instabilitlocale

M0 1,10

Membrature progettate allinstabilitmediante prove sulle membraturestesse

M1 1,10

Sezioni tese progettate a rotturaM2 1,25

Bulloni, saldature, perni e alette per legiunzioni

M2 1,25

In alternativa alla determinazione della resistenza di progetto mediante calcolianalitici, ammessa la prova diretta su materiali, elementi e strutture (in merito,

cfr. il Cap.9).Stati limite di servizio

La corrispondente relazione per gli stati limite di servizio :

Ed Cd (2.2)

dove:

Ed il valore di progetto di un effetto, ad esempio linflessione di unamembratura in risposta alle forze ed ai momenti agenti su di essa, a causadi un carico caratteristico applicato sullelementoFk (vedere Cap. 2.3.4),e

Cd il corrispondente valore ammissibile delleffetto.


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Stati limite di durabilit

Per questi tipi di stati limite occorre considerare i fenomeni di corrosione, trattatinel Cap. 3.7.

2.3 Carichi

2.3.1 Generalit

Negli Eurocodici, il carico espresso in termini di azioni. Una azione definita come:

Un insieme di forze (carichi) applicate alle strutture (azione diretta)

Un insieme di deformazioni imposte o accelerazioni causate, ad es., davariazioni di temperatura, variazioni di umidit, assestamenti disomogenei oterremoti (azione indiretta)

I valori caratteristici (Fk) delle singole azioni sono precisati: in EN 1991, Azioni sulle strutture, (che sar sostituita dalla EN 1991 e

Documenti nazionali di Applicazione) o su altre norme relative ai carichi;oppure

dal cliente, o dal progettista dopo aver consultato il cliente, purch sianorispettati i valori minimi prescritti dalle relative norme per i carichi o dalleAutorit competenti.

I valori di progetto delle singole azioni (Fd) si ottengono moltiplicando le azionicaratteristiche per i coefficienti parziali di sicurezza (F).

In fase di progetto si devono considerare tutte le possibili combinazioni reali delleazioni ed identificarne i casi pi gravosi.

2.3.2 Stato limite ultimo Azioni

Si possono distinguere i seguenti tipi di azione:

Azioni permanenti (G), ad es., peso proprio della struttura, equipaggiamenti,impianti ausiliari e fissi;

Azioni variabili (Q), ad es., carichi imposti, carichi di vento, carichi di neve,azioni causate per effetto della temperatura;

Azioni eccezionali (A), ad es., dovuto ad esplosioni, incendi o urti di veicoli.

La EN 1990Principi di Progettazione Strutturale fornisce combinazioni di carichida utilizzare nella progettazione di edifici e valori raccomandati per i coefficienti

parziali moltiplicatori dei carichi (F).

Deve essere inoltre fatto riferimento all Documento Nazionale di Appliacazione(DNA) della norma EN 1990 relativo al Paese per il quale si sta progettando lastruttura, poich esso potrebbe indicare valori F differenti che devono essereutilizzati al posto dei valori raccomandati. Il Documento Nazionale di Applicazionefornisce inoltre valori raccomandati per i fattori di riduzione () dellecombinazioni di carichi variabili e () dei carichi permanenti sfavorevoli. (Se un

DNA non disponibile, allora i fattori F, e devono essere concordati con ilcliente e lautorit competente.)


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Come riportato nella EN 1990, per impiego normale, cio in casi che noncoinvolgono carichi eccezionali, la combinazione delle azioni pu essere espressacome:

>

++1

,,,1,1

1,jk,jG, i

ikioiQk

j

Q QQG (2.3)

o in alternativa, la meno favorevole tra le seguenti espressioni:

>

++1

,,,1,1

1,01,jk,jG, i

ikioiQk

j

Q QQG (2.4a)

>

++1

,,,1,1

1,jk,jG, i

ikioiQk

j

Qj QQG (2.4b)

dove

Gk,j il valore caratteristico dellazione permanenteQk,1 il valore caratteristico dellazione variabile principale 1 (cio lazione

variabile pi sfavorevole)

Qk,i sono i valori caratteristici delle azioni variabili di accompagnamento i

j lindice dellazione permanente

i lindice dellazione variabile

G,j il fattore parziale per lazione permanente Gk,j

Q,1 il fattore parziale per lazione variabile principale 1

j un fattore di riduzione per le azioni permanenti sfavorevoli G0,i un fattore di riduzione per il valore della combinazione di unazione

variabile Q.

Tuttavia, di nuovo un riferimento deve essere fatto allDNA relativo al Paese per ilquale si sta progettando la struttura.

Nella EN 1990 sono raccomandati i seguenti valori:

G,j = 1,35 (per effetti sfavorevoli)

Q,1 = 1,5 Q,i = 1,5

= 0,85

Il valore di 0 dipende dal tipo di carico (si veda in proposito la EN 1990).

Le equazioni 2.4a e 2.4b sono state introdotte poich lequazione 2.3 eraeccessivamente pessimistica per strutture pesanti. Per strutture in acciaio, leequazioni 2.4a e 2.4b generalmente danno carichi pi leggeri rispetto allequazione2.3.


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2.3.3 Stato limite ultimo Carichi sulle strutture offshore

Si deve fare riferimento alle norme API RP2A LRFD:Recommended Practice for Planning, Designing and Constructing Fixed Offshore Platforms - Load andResistance Factor Design, First Edition, 1993.Nelluso di questo Manuale, per il progetto dei componenti in acciaio inossidabile

della parte superiore della struttura, vengono suggerite le seguenti combinazionidei carichi insieme ai carichi specificati nelle API RP2A. Si noti che vengonoutilizzati gli stessi simboli delle API RP2A.

Condizioni normali desercizio:

1,3D1 + 1,3D2 + 1,5L1 + 1,5L2 + 1,2(Wo + 1,25Dn) (2.5)

Condizioni estreme di maltempo:

1,1D1 + 1,1D2 + 1,1L1 + 1,35(We + 1,25Dn) (2.6)

In presenza di carichi verticali che si oppongono alle forze interne dovute a vento,

onde e correnti, i carichi verticali possono cos ridursi:

0,9D1 + 0,9D2 + 0,8L1 + 1,35(We + 1,25Dn) (2.7)

dove:

D1 il carico permanente, che comprende il peso proprio delle strutture,equipaggiamenti, impianti ausiliari e fissi

D2 il carico permanente comprensivo del peso di equipaggiamenti ed altrevoci variabili a seconda delle diverse modalit operative

L1 il carico accidentale 1, comprensivo del peso dei carburanti presentinelle condotte e nei serbatoi

L2 il carico accidentale, costituito da carichi di breve durata dovute adoperazioni quali sollevamento di utensili da trivellazione e sollevamentomediante gru, macchinari in funzione, ormeggio serbatoi e carico deglielicotteri

Wo il valore di calcolo del carico o delleffetto del vento, delle onde e dellecorrenti

We il valore limite del carico o delleffetto del vento, delle onde e dellecorrenti (periodo di ritorno di 100 anni)

Dn la forza dinerzia

2.3.4 Carichi allo stato limite di servizio

Gli stati limite di servizio devono essere verificati per le seguenti combinazioni dicarichi:

caratteristica

frequente

quasi permanente.

La EN 1990 fornisce le combinazioni di carichi da utilizzare nella progettazione dellecostruzione. (Deve essere inoltre fatto riferimento all DNA relativo al Paese per il

quale si sta progettando la struttura.)


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Per la combinazione caratteristica, normalmente utilizzata per gli stati limite ultimi,deve essere impiegata la seguente combinazione di carichi:

>

++1

,,1,1

jk, i

ikiok

j

QQG (2.8)

dove tutti i termini sono definiti nella Cap. 2.3.2.

Si noti che lEN 1990 fornisce le combinazioni appropriate delle azioni da usarenelle seguenti situazioni:

per calcolare gli spostamenti sotto combinazioni normali di azioni (AppendiceA.1.4.3(1))

quando occorre tener conto delle deformazioni a lungo termine causate daritiro, rilassamento o viscosit (Appendice A.1.4.3(6))

se si devono considerare l'aspetto della struttura, il benessere degli operatori oil funzionamento dei macchinari (Appendice A.1.4.3(4) e (5)).


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3 MATERIALI: PROPRIETA, SCELTA EDURABILITA

3.1 Qualit dei materiali3.1.1 Introduzione

Esistono vari tipi di acciaio inossidabile e non tutti sono adatti per applicazionistrutturali, specie se saldati. Gli acciai inossidabili sono distinti in 5 gruppi o classia seconda della loro struttura metallurgica (ossia, austenitici, ferritici, martensitici,duplex ed indurenti per precipitazione). Gli acciai inossidabili austenitici ed iduplex sono di solito i pi utilizzati per la costruzione di strutture.

Gli acciai inossidabili austenitici offrono una buona combinazione di propriet diresistenza alla corrosione, di formatura e di fabbricazione; i duplex presentano unaforte resistenza all'usura, con ottima resistenza alla tensocorrosione (corrosionesotto tensione).

I tipi pi comunemente usati, tipicamente definiti come austenitici standard, sono1.4301 (noto come AISI 304) e 1.4401 (noto come AISI 316). Contengono il 17-18% di cromo e l8-11% di nichel. I tipi a basso tenore di carbonio di queste classisono 1.4307 (AISI 304L) e 1.4404 (AISI 316L). I tipi 1.4301 e 1.4401 erano, in

passato, fabbricati con un contenuto in carbonio notevolmente pi elevato conimplicazioni sul comportamento alla corrosione1. Per evitare problemi riguardantila resistenza a corrosione in presenza di saldature, si sarebbero dovuti impiegare itipi "L" o gli acciai stabilizzati, come il tipo 1.4541 o 1.4571.

Il tipo 1.4318 un acciaio inossidabile a basso tenore di carbonio ed elevatocontenuto di azoto che incrudisce molto rapidamente quando lavorato a freddo;generalmente utilizzato nellindustria automobilistica, negli aeroplani, per larealizzazione di componenti strutturali per carrozze treni ed elementi architettonici

portanti.

In questo manuale sono contemplati soltanto gli acciai ottenuti con trattamenti dilaminazione e formatura, e non quelli prodotti tramite getti. Nel Cap. 3.6 vengonofornite indicazioni sulla scelta dei tipi di acciaio per particolari applicazioni.

3.1.2 Norme

Prodotti piani e prodotti lunghi

La normativa di riferimento la EN 10088, Acciai inossidabili, costituita da treparti:

Parte 1,Elenchi degli acciai inossidabili che fornisce la composizione chimicae dati di riferimento riguardanti alcune caratteristiche fisiche, come il modulodi elasticit E;

1 Il carbonio presente nell'acciaio reagisce con il cromo e provoca la precipitazionedi carburi di cromo ai bordi dei grani in dati cicli termici, ad es., nelle zone

termicamente alterate delle saldature ("ZTA"). La migrazione locale del cromodalla regione di confine delle particelle di carburi genera un attacco corrosivopreferenziale intercristallino e questo acciaio viene definitosensibilizzato o affettoda degradazione da saldatura (cfr. 3.7.2).


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Parte 2, Condizioni tecniche di fornitura per lamiere sottili, piastre e nastri perimpieghi generali che fornisce le caratteristiche tecniche e la composizionechimica dei materiali usati per la formatura dei profilati;

Parte 3, Condizioni tecniche di fornitura per prodotti semilavorati, barre, tondie profilati per impieghi generali, che fornisce le propriet tecniche e la

composizione chimica dei materiali usati per i prodotti lunghi.

Il sistema di designazione della EN 10088 si basa sul numero Europeo dellacciaioe sul nome dellacciaio.

Ad es., il tipo AISI 304L ha il numero di acciaio 1.4307, in cui:

1. 43 07

Indica il materiale(acciaio)

Indica un gruppo diacciai inossidabili

Identifica la suaqualit

Il sistema del nome dellacciaio offre qualche chiarimento sulla composizionechimica dell'acciaio. Il nome dellacciaio numero 1.4307 X2CrNi18-9, dove:

X 2 CrNi 18-9

Indica unacciaio moltolegato

100 x % diCarbonio

Simboli chimici deglielementi principalipresenti nella lega

Percentuali deiprincipali elementipresenti nella lega

Ogni nome di un acciaio inossidabile ha un unico numero corrispondente. Vanotato che, sebbene le designazioni delle DIN tedesche siano simili, non sono tutteidentiche a quelle della EN 10088. NellAppendice A presente una tabella diequivalenza fra le varie designazioni nazionali e quella europea degli acciaiinossidabili.

La tabella3.1 illustra le caratteristiche meccaniche per gli acciai inossidabilicomuni specificate nella EN 10088-2. La composizione chimica di tali acciai

presente nella tabella3.2.

Sia gli acciai inossidabili austenitici che gli acciai duplex possono essere ritenutiadeguatamente tenaci e non suscettibili a frattura fragile per temperature di serviziofino a 40C.

I valori di progetto delle propriet meccaniche sono indicati nel Cap. 3.2.4.


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Tabella 3.1 Valori di specifica delle propriet meccaniche dei comuni

acciai inossidabili secondo EN-10088-2

Tipo diacciaio

Formediprodotto

(1)

Spessore max(mm)

Minimo caricounitario discostamento dallaproporzionalitdello 0,2%

(2)

(N/mm2)

Resistenza atrazione(N/mm

2)

Allungamento doporottura (%)

C 8 230 540 750 45(3)

H 13,5 210 520 720 45(3)

1.4301

P 75 210 520 720 45

C 8 220 520 700 45

H 13,5 200 520 700 45

Acciaiausteniticial Cr-Ni

1.4307

P 75 200 500 700 45

C 8 240 530 680 40

H 13,5 220 530 680 401.4401

P 75 220 520 670 45

C 8 240 530 680 40

H 13,5 220 530 680 40

Acciaiausteniticial Cr-Ni-Mo

1.4404

P 75 220 520 670 45

C 8 220 520 720 40

H 13,5 200 520 720 401.4541

P 75 200 500 700 40

C 8 240 540 690 40

H 13,5 220 540 690 40

Acciaiausteniticistabilizzati

1.4571

P 75 220 520 670 40

C 8 350 650 850 35

H 13,5 330 650 850 35

Acciaiausteniticibasso Carricchitial Ni

1.4318

P 75 330 630 830 45

C 8 450 650 850 20

H 13,5 400 650 850 201.4362

P 75 400 630 800 25

C 8 500 700 950 20H 13,5 460 700 950 25

Acciaiduplex

1.4462

P 75 460 640 840 25

Note.(1) C = nastri laminati a freddo, H = nastri laminati a caldo, P = lamiere laminate a caldo(2) Propriet delle sezioni trasversali(3) Per materiali stirati e raddrizzati , il valore min. inferiore del 5%


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Tabella 3.2 Composizione chimica secondo EN 10088-2

Contenuto leganti (max. o ammissibile) in % sul peso Tipo diacciaio

C Cr Ni Mo Altri

1.4301 0,07 17,5 19,5 8,0 10,5

1.4307 0,03 17,5 19,5 8,0 10,5

1.4401 0,07 16,5 18,5 10,0 13,0 2,0 2,5

1.4404 0,03 16,5 18,5 10,0 13,0 2,0 2,5

1.4541 0,08 17,0 19,0 9,0 12,0Ti:5xC 0,7 (1)

1.4571 0,08 16,5 18,5 10,5 13,5 2,0 2,5Ti:5xC 0,7 (1)

Acciaiaustenitici

1.4318 0,03 16,5 18,5 6,0 - 8,0N:0,1 0,2

1.4362 0,03 22,0 24,0 3,5 5,5 0,1 0,6N:0,05 0,2

Acciai

duplex

1.4462 0,03 21,0 23,0 4,5 6,5 2,5 3,5N:0,1 0,22

Nota:(1) Il titanio si aggiunge per stabilizzare il carbonio e per migliorare le propriet anticorrosione nellezone termicamente alterate delle saldature. Tuttavia, salvo che nella fabbricazione di profilati pesanti,luso di acciai inossidabili austenitici al Ti stato praticamente sostituito dalla rapida disponibilit deitipi 1.4307 e 1.4404.

Elementi di collegamento

Gli elementi di collegamento in acciaio inossidabile sono contemplati dallaEN ISO 3506, Elementi di collegamento in acciaio inossidabile resistenti acorrosione. La specifica indica la composizione chimica e le propriet per ielementi di collegamento per le classi austenitiche, martensitiche e ferritiche. Sonoammessi materiali alternativi, non presenti nella specifica, se rispettano i requisitirichiesti per le caratteristiche fisiche e meccaniche ed hanno una resistenzaequivalente alla corrosione.

Nelle EN ISO 3506, il materiale per bulloni e dadi caratterizzato dalla lettera "A"per gli austenitici, dalla "F" per i ferritici e dalla "C" per i martensitici. Si consiglia

lutilizzo di elementi di collegamento austenitici, per i quali le propriet sono datedalle Tabelle 3.3 e 3.4 (ricavate dalla EN ISO 3506). La lettera seguita da unnumero (1, 2, 3, 4 o 5) che rispecchia la resistenza alla corrosione, in cui "1"rappresenta la pi bassa e "5" la pi alta.

Gli acciai di tipo A1, a causa del loro alto contenuto in zolfo, hanno una resistenzaalla corrosione pi bassa rispetto a quelli con un normale tenore di zolfo. Bisogna

porre attenzione qualora si prendessero in considerazione gli elementi dicollegamento di tipo A1; cfr. al riguardo il Cap.3.6.1.

Gli acciai di tipo A2 hanno resistenza alla corrosione equivalente a quella del tipo1.4301; gli acciai di tipo A3 sono acciai inossidabili stabilizzati con resistenza alla

corrosione equivalente a quella del tipo 1.4541. (Si definisce "stabilizzato" unacciaio che ha in lega un forte agente di formazione di carburi, come il titanio che


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reagisce prevalentemente con il carbonio ed evita la formazione di carburi dicromo).

Gli acciai di tipo A4 contengono molibdeno ed hanno resistenza alla corrosioneequivalente alla classe 1.4401. Gli acciai di tipo A5 sono acciai inossidabili almolibdeno stabilizzati, con caratteristiche degli acciai del tipo 1.4571.

Gli elementi di collegamento austenitici possono essere ottenuti con tre livellimassimi di resistenza (conosciuti come "classi di resistenza"), come mostrato nellatabella 3.3. Occorre tener presente che i valori devono essere concordati perfissaggi maggiori dellM39 per la classe di propriet 50, e dellM24 per le classi di

propriet 70 e 80, poich i valori dipendono dalla lega e dal metodo di lavorazione.

Gli elementi di collegamento prodotti con classe di propriet 50 sono nonmagnetici, quelli delle classi 70 e 80 possono mostrare invece qualche caratteristicamagnetica.

La condizione dellacciaio degli elementi di collegamento nella classe di propriet50 ricotto, con pi elevata resistenza alla corrosione. Le classi di propriet 70 e80 sono lavorate a freddo e ci pu influire leggermente sulla resistenza allacorrosione. Gli elementi di collegamento con classe di propriet 50, con filettaturaottenuta a macchina, possono mostrare una maggiore tendenza allusura dellafilettatura; cfr. in merito il Cap. 10.5.

Occorre tenere conto della necessit di adattare resistenza e propriet anti-corrosione dei dadi e del materiale originario.

Si raccomanda di sottoporre a prova campioni di ogni lotto di produzione.

Tabella 3.3 Valori minimi delle propriet per tipi di elementi dicollegamento austenitici secondo ISO 3506

Bulloni Dadi

Tipo diacciaio

(1)

Classe diresistenza

Diametrofilettato

Resistenzamax. a

trazione(2)

(N/mm

2)

Carico unitariodi scostamento

dallaproporzionalit

dello 0,2%(N/mm

2)

Sollecitazione massima

(N/mm2)

50 M39 500 210 50070 M24(3) 700 450 700

A1, A2, A3,A4 and A5

80 M24(3) 800 600 800

Note:(1) Oltre ai vari tipi di acciaio contemplati in EN 1SO 3056 per le classi di propriet 50, 70 e 80, possono

usarsi altri tipi di acciaio indicati nella EN 10088-3.

(2) La resistenza a trazione si calcola sull'area sollecitata.

(3) Per fissaggi con diametro nominale della filettatura d > 24 mm, le caratteristiche meccaniche devonoessere concordate fra fornitore e utilizzatore e contrassegnate con la classe di propriet secondoquesta tabella.


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Tabella 3.4 Composizione chimica di elementi di collegamento secondoEN ISO 3506

Composizione chimica (in % sul peso)(1)

Tipo diacciaio C Cr Ni Mo Si Mn P S Altri

A1 0,12 16,0 18,0

5,0 -10,0

0,7 1,0 6,5 0,20 0,15 -0,35

A2 0,1 15,0 20,0

8,0 19,0

(2)1,0 2,0 0,05 0,03

A3 0,08 17,0 -19,0

9,0 -12,0

(2)1,0 2,0 0,045 0,03 sia Ti: 5xC

0,8sia Nb/Ta: 10xC 1,0

A4 0,08 16,0 -18,5

10,0 -15,0

2,0 -3,0

1,0 2,0 0,045 0,03

A5 0,08 16,0 -18,5

10,5 -14,0

2,0 -3,0

1,0 2,0 0,045 0,03 sia Ti: 5xC 0,8sia Nb/Ta: 10xC 1,0

Note:

(1) I valori sono i massimi salvo altre indicazioni(2) Il molibdeno pu essere presente a discrezione del produttore

3.2 Comportamento meccanico e valori di

progetto delle caratteristiche meccaniche3.2.1 Comportamento sforzo-deformazione

Il comportamento sforzo-deformazione degli acciai inossidabili differisce pernumerosi aspetti da quello degli acciai al carbonio. La differenza pi importante quella della forma della curva sforzo-deformazione. Mentre gli acciai al carboniomostrano un comportamento elastico lineare fino al limite di snervamento ed unacurva piatta prima di giungere all'incrudimento, l'acciaio inossidabile presenta unandamento pi arrotondato con un limite di snervamento non ben definito (vedi fig.3.1). Pertanto, il "limite" di snervamento dell'acciaio inossidabile generalmenteindicato come la tensione che d luogo ad uno scostamento dalla linea di

proporzionalit dello 0,2% durante la prova di trazione.

Si osservi che la fig. 3.1 illustra tipiche curve sforzo/deformazione sperimentali,tali curve danno una rappresentazione verosimile del comportamento di alcunimateriali allo stato di fornitura e non sono quelle da utilizzate in fase di progetto.

Alcuni gradi di acciaio inossidabile, come il 1.4318, incrudiscono a velocit pielevata di altri.

Gli acciai inossidabili possono assorbire urti considerevoli senza fratturarsi, a causadella loro eccellente duttilit (specialmente i tipi austenitici) e delle lorocaratteristiche di incrudimento.


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17

600

200

0

0,2

0,2

0,005 0,010 0,015

E

E

0,002

N/mm

4001.4318

1.4462

Acciaio alcarbonio

S3551.4301/1.4401

(0,2 il carico corrispondente ad uno scostamento dalla linea di proporzionalitdello 0,2%)

Figura 3.1 Tipiche curve sforzo/deformazione per acciai inossidabili edacciai al carbonio (trazione nella direzione di laminazione)

3.2.2 Fattori che influiscono sul comportamentosforzo/deformazione

Esistono alcuni fattori che possono variare landamento della curvasforzo/deformazione per ogni tipo di acciaio inossidabile. Questi fattori, che

possono essere tra loro dipendenti, riguardano:

Lavorazione a freddo:

Il grado di resistenza dei tipi duplex ed austenitici migliorato dalla lavorazione afreddo (come quella che si ha durante le operazioni di laminazione a freddo,comprese il livellamento/spianatura a rulli). Associata a questo miglioramento, siriscontra una diminuzione della duttilit, che in genere non comporta conseguenzenegative, dato l'elevato valore della duttilit soprattutto per gli acciai inossidabiliaustenitici.

La tabella 3.5 fornisce i livelli di incrudimento specificati nella EN 1993-1-4 chesono presi dalla normativa europea per gli acciai inossidabili EN 10088. Gli acciailavorati a freddo possono essere specificati in termini di carico di snervamentominimo allo 0.2% di scostamento dalla proporzionalit o carico massimo a trazioneo durezza.

Quando lacciaio inossidabile lavorato a freddo, esso tende a manifestare uncomportamento a trazione e compressione non-simmetrico e unanisotriopia(differenti caratteristiche di sforzo-deformazone nelle direzioni longitudinale etrasversale rispetto a quella di laminazione). Il grado di asimmetria a di anisotropiadipende dal tipo di acciaio, dal livello di lavorazione a freddo e dal percorso di

produzione. La fig. 3.2 mostra le curve sforzo-deformazione per il tipo 1.4318

lavorato a freddo a livello C850; la resistenza a compressione in direzionelongitudinale giace ben al disotto della resistenza a trazione nella direzionetrasversale (valore tradizionalmente dato nelle norme di prodotto come la


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EN 10088). perci necessaria particolare attenzione nella scelta della resistenzadi progetto per il materiale lavorato a freddo (vedere il Cap. 3.2.4). Lacciaioinossidabile lavorato a freddo generalmente costa tra il 10% e il 100% in pidellequivalente materiale ricotto, in funzione del tipo di acciaio, della forma di

prodotto e del livello di lavorazione a freddo.

Tabella 3.5 Livelli di resistenza per lavorazione a freddo secondo la

EN 10088-2 (applicabile a prodotti piani di spessore 6 mm)

Livello dilavorazione

a freddo

Minimo caricounitario di

scostamento

0,2% (N/mm2)1) 2)

Minimaresistenza atrazione

1) 2)

Tipi di acciaio inossidabile disponibilinelle relativa condizione

CP350 350 7003)

1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571

CP500 500 8503)

1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571, 1.4318

CP700 700 10003)

1.4318, 1.4301

C700 3503)

700 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571

C850 5003)

850 1.4301, 1.4541, 1.4401, 1.4571, 1.4318

C1000 7003)

1000 1.4318, 1.4301

Note:(1) Valori intermedi di scostamento dello 0,2% o della resistenza a trazione possono

essere concordati col produttore dellacciaio.

(2) Il massimo spessore disponibile per ogni livello di resistenza decresce allaumentaredella resistenza richiesta. Il massimo spessore disponibile e lallungamento residuosono inoltre dipendenti dalla capacit di incrudimento dellacciaio e dal livello dilavorazione a freddo informazioni pi precise possono essere richieste dalproduttore.

(3) Non specificato, i valori mostrati sono solo indicativi.

400

200

00,005

600

800

1000

0,010 0,015 0,020 0,025 0,030

trazione longitudinale

N/mm

compressione longitudinale

trazione trasversale

compressione trasversale

Figura 3.2 Tipiche curve sforzo - deformazione per il tipo 1.4318lavorato a freddo al livello C850


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Tipico degli angoli delle sezioni dei profilati formati a freddo un miglioramentodel 50% circa della resistenza allo 0,2% di scostamento dalla proporzionalit.Tuttavia l'effetto localizzato e l'aumento di resistenza della membratura dipendedalla posizione degli angoli nella sezione; ad esempio, in una trave si avrebbe unvantaggio ridotto in corrispondenza degli angoli prossimi all'asse neutro. Ilmiglioramento della resistenza pi che sufficiente a compensare gli effetti dovutiall'assottigliamento del materiale negli angoli deformati a freddo. Si consiglia diverificare con prove (si veda Cap. 9) qualunque vantaggio strutturale si intendaassumere a causa dellaumento di resistenza locale per lavorazione a freddo. Per

profilati strutturali cavi lavorati a freddo sono disponibili in alcuni paesi come laFinlandia, Certificazioni nazionali che permettono lutilizzo delle propriet dellalavorazione a freddo.

Una successiva saldatura delle membrature avr un parziale effetto di ricottura conuna conseguente riduzione di qualunque propriet derivante dalla lavorazione afreddo. Il Cap. 6 fornisce le linee guida per il progetto di connessioni saldate traelementi strutturali formati a freddo.

Sensibilit alla velocit di deformazione

La sensibilit alla velocit di deformazione pi pronunciata negli acciaiinossidabili che in quelli al carbonio. In altri termini, negli acciai inossidabili si puottenere una resistenza proporzionalmente superiore per rapide variazioni dideformazione rispetto a quelli al carbonio.

Trattamenti termici

I produttori di acciaio inossidabile offrono vari tipi di finiture che comportano laricottura o addolcimento. La ricottura, o addolcimento, riduce laumento diresistenza e lanisotropia.

3.2.3 Valori tipici delle caratteristiche meccaniche

Dai punti 3.2.1 e 3.2.2 risulta chiaro che, quando si considerano le proprietmeccaniche degli acciai inossidabili rispetto a quelli al carbonio, vengono coinvoltimolti pi fattori. La loro metallurgia pi complessa ed il processo difabbricazione ha conseguenze di maggior rilievo sulle loro propriet finali. Perogni tipo di acciaio si possono verificare delle differenze nelle proprietmeccaniche per materiali fabbricati da produttori diversi. Tuttavia, le caratteristichemeccaniche, che dipendono dalla composizione chimica e dai trattamenti termo-meccanici, sono ampiamente sotto controllo da parte dei produttori ed possibileconcordare le propriet desiderate con i singoli produttori.

Da un punto di vista strutturale, significativo il margine con il quale la resistenzaallo 0,2% supera il minimo valore ammesso. I valori tipici di resistenza sono fra il20 ed il 35% al di sopra dei minimi di specifica. Il margine di miglioramentoosservato per la resistenza allo 0,2% non riscontrato per i valori di resistenza arottura a trazione, che sono di solito soltanto il 10% circa al di sopra dei minimispecificati.

3.2.4 Valori di progetto delle caratteristiche meccaniche

Prodotti piani

Sono da considerarsi tre diversi casi: valori minimi previsti, valori risultanti daprove dirette sul materiale o valori certificati dallo stabilimento di produzione.

(i) Progetto con i valori minimi previsti

Materiale allo stato ricotto


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20

Si utilizzino come resistenza caratteristica allo snervamento,fy, e resistenzacaratteristica a rottura, fu , i valori minimi previsti nella EN 10088-2 eriportati in tabella 3.1;

Materiale lavorato a freddo

Valori nominali pi elevati possono essere adottati perfy, e fu di materiali

forniti in condizioni di lavorato a freddo, secondo quanto specificato nellaEN 10088.

Per materiali forniti con una specificata resistenza allo 0.2% discostamento (ad esempio nella condizione CP350), la tensione minima discostamento dello 0.2% riportata in tabella 3.5 pu essere preso come fy.Per tenere in debito conto lasimmetria che si manifesta nel materiale allostato incrudito, in quei casi in cui la compressione in direzionelongitudinale una condizione di carico prevalente (i.e. nel comportamentoa colonna o a flessione con sezione prevalentemente compressa) il valoredi fy, dovrebbe essere preso pari a 0,8 tensione di scostamento dello

0.2%. Lutilizzo di valori pi elevati ammesso se avallato da opportuneprove sperimentali (si veda Cap. 9).

Per materiali forniti con una specificata resistenza a trazione (ad esempionella condizione C700), la resistenza minima a trazione riportato intabella 3.5 pu essere presa comefu, il valore minimo di scostamento dello0.2% da prendere perfy dovrebbe essere concordato con il produttore.

Nota 1: Sezioni cave rettangolari sono disponibili in materiale lavorato a freddocon resistenze intermedie tra CP350 e CP500 con carico di snervamento ecarico di rottura garantiti dal produttore (con carico di snervamento valido intrazione e compressione).

Nota 2: Le regole di progettazione contenute in questo Manuale sonoapplicabili a materiali fino al grado CP500 e C850. Per gradi pi elevati, laprogettazione deve essere condotta mediante prove sperimentali in accordo alCap. 9, fa eccezione la resistenza della sezione di Classe 1, 2, e 3 in assenzadi instabilit locale o globale, che pu essere calcolata in accordo al Cap. 4.

(ii) Progetto con i valori sperimentali

E un caso da prendere in considerazione solo quando sono state eseguite prove di trazione su provini ricavati da lamiere o da nastri dai qualivengono formate o prodotte le membrature. Il progettista deve inoltreessere certo che le prove siano state svolte secondo norme riconosciute, ades. secondo le EN 10002-1, e che i procedimenti adottati dal costruttore

siano tali che le membrature siano state effettivamente fabbricate con ilmateriale testato e montate correttamente nella struttura.

Il valore della resistenza di progetto pu essere ricavato statisticamentesecondo le raccomandazioni dell'Allegato Z alla EN 1993-1-1 (dasostituirsi con lAllegato D alla EN 1990).

La resistenza caratteristica a rottura a trazione fu deve soddisfare il valoreminimo fornito nella EN 10088-2.

(iii) Progetto con i valori certificati dell'acciaieria

Sono valori della resistenza misurati allo 0,2% presenti nei certificatidell'acciaieria (o del fornitore). Il valore della resistenza di progetto puessere ricavato statisticamente secondo le raccomandazioni dell'Allegato Zalla EN 1993-1-1 (sostituita con lAllegato D alla EN 1990).


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La resistenza caratteristica a rottura a trazione fu deve soddisfare il valoreminimo fornito nella EN 10088-2.

Per tutti gli acciai standard austenitici e duplex, utilizzati solitamente nelleapplicazioni strutturali, viene utilizzato, per il modulo di Young, un valore di200.000 N/mm2 come previsto dalla EN 10088-2. Per la valutazione deglispostamenti pi indicato il modulo secante, vedere il Cap. 5.4.6. Per questi tipi diacciai si pu assumere, per il rapporto di Poisson, un valore di 0,3 e, per il modulodi elasticit tangenziale G , il valore 76 900 N/mm2.

Viti e bulloni

Per calcolare la resistenza di un fissaggio sotto trazione, taglio o lorocombinazione, si assume per la resistenzafub:

fub = ub

dove ub il valore minimo previsto per la resistenza a rottura a trazione indicata

nella tabella 3.3 per una specifica classe di resistenza.

Per la resistenza a lungo termine di un fissaggio, si deve far riferimento allaEN 1990 per lappropriata combinazione di azioni allo stato limite ultimo.

3.3 Propriet fisiche

La tabella 3.6 fornisce le propriet fisiche a temperatura ambiente allo stato ricottodei tipi riportati nella EN 10088-1 e considerati in questo Manuale. Le proprietfisiche possono variare leggermente a seconda della forma e delle dimensioni del

prodotto, ma di solito queste variazioni non sono di rilevante importanza nelleapplicazioni.

Tabella 3.6 Propriet fisiche a temperatura ambiente, stato ricotto

Tipo di acciaio Densit(kg/m

3)

Dilatazionetermica da 20 a100C (10

-6/ C)

Conducibilittermica

(W/m C)

Capacit termica(J/kg C)

1.4301 7900 16 15 500

1.4307 7900 16 15 500

1.4401 8000 16 15 500

1.4404 8000 16 15 500

1.4541 7900 16 15 500

1.4571 8000 16,5 15 500

1.4318 7900 16 15 500

1.4362 7800 13 15 500

1.4462 7800 13 15 500

La propriet fisica pi importante, dal punto di vista strutturale, il coefficiente didilatazione lineare che, per i tipi austenitici, assai diverso rispetto a quello degli

acciai al carbonio (12 x 10-6/C). Quando vengono usati insieme acciai al carbonioed acciai inossidabili bisogna tener conto, in fase di progetto, degli effetti dovutialla differenza di dilatazione termica.


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I tipi duplex e ferritici sono magnetici. Nelle applicazioni dove le propriet nonmagnetiche degli acciai austenitici sono importanti, occorre porre la massimaattenzione nella scelta dei prodotti di consumo usati in saldatura per ridurre alminimo il contenuto di ferrite nei cordoni. Un livello considerevole dideformazione a freddo, specie per gli acciai austenitici poco legati, pu ancheincrementare la permeabilit magnetica; la successiva ricottura dovrebberipristinare le propriet non magnetiche. Per le applicazioni non magnetiche raccomandabile che venga fornita dal produttore dellacciaio unulterioreconsulenza.

3.4 Effetti della temperaturaGli acciai austenitici sono impiegati per applicazioni criogeniche. Rispetto agliacciai al carbonio i tipi duplex ed austenitici mantengono una frazione pi elevatadella loro resistenza al di sopra dei 550C circa. Tuttavia, il progetto di strutturesoggette ad altissima o bassissima temperatura per lunghi periodi esula dai fini di

questo Manuale. Molto pi importanti, rispetto alle propriet considerate in questoCap. 3, sono altre propriet meccaniche e i diversi fenomeni di corrosione. Nellamaggior parte dei casi sono pi adatti, per applicazioni in condizioni ad elevatatemperatura, altri tipi di acciai inossidabili rispetto a quelli qui considerati, per iquali si dovrebbe far ricorso ad ulteriori approfondimenti.

Gli acciai duplex non possono essere impiegati a lungo termine per temperaturesuperiori ai 300C per la possibilit di infragilimento.

Il Cap. 7 tratta del progetto di strutture resistenti al fuoco e fornisce le proprietmeccaniche e fisiche alle alte temperature.

3.5 Life cycle costingC una crescente consapevolezza sul fatto che i costi del ciclo di vita (o dellinteravita), e non solo i costi iniziali, devono essere considerati quando si selezionano imateriali. I costi del ciclo di vita prendono in considerazione:

costi iniziali

costi operativi

valore residuo

Lacciaio inossidabile viene a volte considerato un materiale costoso. Tuttavia,lesperienza ha dimostrato che utilizzando un materiale resistente alla corrosione

per evitare la futura manutenzione, si possono risparmiare i costi di messa fuoriservizio e ripristino della struttura, che superano di gran lunga i costi iniziali delmateriale.

Il costo iniziale dei prodotti strutturali in acciaio inossidabile approssimativamente quattro volte quello dellequivalente prodotto in acciaio alcarbonio. Tuttavia si avranno risparmi dalla mancanza di operazioni di rivestimentosuperficiale a intervalli regolari (ripetuti) di tempo.

Leccellente resistenza alla corrosione dellacciaio inossidabile pu offrire moltivantaggi, tra cui:

minori costi e frequenza di ispezioni


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minori costi di manutenzione

lunga vita in servizio

Lacciaio inossidabile ha un elevato valore residuo (valore alla fine della vita dellastruttura), sebbene questo sia di rado un fattore decisionale per una struttura con

una lunga vita di progetto (ad esempio sopra i 50 anni).

Il Life Cycle Costing utilizza il principio standard di contabilit del flusso di cassascontato per ridurre tutti quei costi a valori attuali. Il tasso di sconto comprendeinflazione, tassi di interesse bancari, tasse e, eventualmente, un fattore di rischio.

Questo consente un confronto realistico sulla base delle opzioni disponibili e deivantaggi potenziali a lungo termine nellutilizzo dellacciaio da valutarsi rispettoalla selezione di altri materiali.

3.6 Scelta dei materiali3.6.1 Tipi

Nella maggior parte delle strutture in acciaio inossidabile si intende sfruttare laresistenza alla corrosione sia per motivi estetici, che per ridurre al minimo lamanutenzione o avere la massima durata. La resistenza alla corrosione deve

pertanto essere il criterio fondamentale per la selezione del tipo di acciaio piadatto.

La resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili dovuta alla presenza di unfilm passivo in superficie che, permettendo un adeguato rifornimento di ossigeno odi agenti ossidanti, tende spontaneamente a riformarsi in caso di danni. Questa

pellicola di ossidi dovuta principalmente alla presenza di cromo nell'acciaio;anche l'aggiunta di nichel e di altri elementi in lega possono sostanzialmentemigliorare la protezione assicurata dal film. In particolare si utilizza una piccolaaggiunta di molibdeno per migliorare la resistenza alla corrosione da pittingdell'acciaio (cfr. 3.7.2).

La corrosione pu avere inizio quando lo strato superficiale di ossidi subisce dannidi origine meccanica o di origine elettrochimica.

Una progettazione accurata deve garantire risultati sicuri, i progettisti devonoquindi essere consapevoli che anche gli acciai inossidabili possono, in determinatecircostanze, essere soggetti a diverse forme di corrosione. Nonostante la presenzadi questi effetti di degrado, perfettamente possibile utilizzare tipi di acciaioinossidabile molto efficaci, ammesso che si tenga conto di alcuni principielementari. I problemi possono manifestarsi quando, nelluso di questi materiali,non si prendono in considerazione i principi della corrosione.

La scelta di un corretto tipo di acciaio inossidabile deve tener conto dell'ambientedi esercizio, del processo con cui stato prodotto, della finitura superficiale e dellamanutenzione della struttura. Va osservato che le esigenze di manutenzione sonominime: il semplice lavaggio dell'acciaio inossidabile, eventualmente anche da

parte della pioggia, assai importante per l'aumento della sua durata in servizio.

Il primo passo la caratterizzazione dell'ambiente di esercizio, compresa laprevisione di variazioni ragionevoli dalle condizioni di progetto. Nella valutazionedell'ambiente atmosferico, particolare attenzione deve essere dedicata allecondizioni locali, come la presenza di ciminiere che possono espellere fumi


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corrosivi. Devono essere considerati anche possibili sviluppi o cambiamenti duso.Fattori di rilievo possono essere anche le condizioni superficiali, la temperaturadell'acciaio e le sollecitazioni previste (vedi Cap. 3.7.2).

I tipi di acciaio pi indicati possono essere selezionati per offrire una globale esoddisfacente resistenza alla corrosione nell'ambiente in cui saranno inseriti. Lascelta deve tener conto del tipo di corrosione che pu manifestarsi in manierasignificativa nell'ambiente interessato. A tal fine necessario valutare il tipo dicorrosione che si riscontra negli acciai inossidabili. Il Cap. 3.7 puntualizza i

principi basilari della corrosione negli acciai inossidabili e precisa le condizioni incui l'acciaio inossidabile esente da qualsiasi rischio e complicazione. In esso sonoinoltre illustrati i punti generali di una corretta pratica ed anche i casi in cui gliacciai inossidabili devono essere utilizzati con precauzione. In questi ultimi casidovrebbe essere richiesta una consulenza specialistica per utilizzare con successolacciaio inossidabile nella maggior parte dei casi.

Successivamente, va tenuto conto delle propriet meccaniche, della facilit di produzione, della disponibilit delle diverse forme del prodotto, della finiturasuperficiale e dei costi.

La valutazione delladeguatezza di un tipo di acciaio pu essere meglio effettuatase si fa riferimento alle utilizzazioni dell'acciaio inossidabile presenti inapplicazioni ed ambienti simili. La tabella 3.7 fornisce indicazioni per la scelta deitipi pi adatti dal punto di vista atmosferico. Le normative nazionali devono essereinoltre controllate, poich in molti casi possono essere assai pi restrittive. Per icasi di acciai inossidabili immersi, si veda il Cap. 3.7.3.. Quando l'acciaioinossidabile viene a contatto con prodotti chimici, dovrebbe essere richiesta unaconsulenza specialistica.

Tabella 3.7 Tipidi acciaio inossidabileconsigliati per impiego in differentitipologie di atmosfera

Ubicazione

Rurale Urbana Industriale MarinaTipo di acciaio

L M H L M H L M H L M H

Acciai austenitici al cromo-nichel(es. 1.4301, 1.4307, 1.4541,1.4318)

() () () X () X

Acciai austenitici al cromonichel-molibdeno (es. 1.4401, 1.4404,

1.4571), duplex 1.4362

0 0 0 0 () ()

Acciai duplex (1.4462) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

L Condizioni di minima corrosione per una certa categoria; es. clima temperato a bassa umidit, bassatemperatura.

M Condizioni tipiche della categoria.H Condizioni di corrosione pi elevata della categoria; es. presenza continua di forte umidit, elevata

temperatura ambiente ed aria inquinata particolarmente aggressiva.O Potenzialmente eccedente le specifiche per quanto riguarda la corrosione.

Probabilmente la migliore scelta per la resistenza alla corrosione e costo.X Probabilmente soggetto ad eccesso di corrosione.(T) Da tenere in considerazione se si prendono alcune precauzioni (es. quando richiesta una

superficie relativamente levigata e quando si esegue un regolare lavaggio)NOTE: Le normative nazionali possono contenere requisiti pi restrittivi.

Occorre prestare attenzione alluso di acciai inossidabili a lavorabilit migliorataper gli elementi di collegamento. L'aggiunta di zolfo nella composizione di questiacciai austenitici, li rende meno resistenti alla corrosione, specie se usati inambienti industriali o marini. Ci vale in particolare per gli elementi di


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collegamento di materiale A1 secondo la EN ISO 3506; vedasi. al riguardo latabella3.3.

3.6.2 Disponibilit dei tipi di prodotti

Tipi generici di prodotti

Nastri, lamiere e barre sono tutti prodotti largamente disponibili nelle classi diacciaio inossidabile trattate in questo Manuale. I prodotti tubolari sono disponibilinei tipi austenitici ed anche nel tipo duplex 1.4462 (2205). I prodotti tubolari neltipo duplex 1.4362 (2304) non hanno larga diffusione, poich questo tipo da pocoutilizzato nellindustria delle costruzioni, anche se ormai viene usato da alcuni anni

per pareti anti-esplosione nelle strutture offshore.

Esistono diversi profilati laminati (angolari, profilati a C, a T, rettangolari cavi e adI) nei tipi austenitici standard, come ad es. 1.4301 e 1.4401, ma non per le qualitdegli acciai inossidabili duplex. (Si noti che sono molti i prodotti laminatidisponibili nei tipi 1.4301 e 1.4401 rispetto a quelli a basso tenore di carbonio1.4307 e 1.4404). Generalmente gli elementi possono essere fabbricati per

formatura a freddo (laminazione o piegatura) o assemblati mediante saldatura.

Il materiale nella condizione di lavorato a freddo disponibile in varie tipologie diprodotto tra cui lamiere, nastri, barre e sezioni cave:

lamiere e nastri (spessori tipicamente 6.0 mm)

barre rotonde (diametri da 5 mm a 60 mm)

sezioni cave quadrate e rettangolari (dimensioni della sezione fino a400 mm, spessori da 1,2 mm a 6,0 mm).

I gradi di acciaio inossidabile commercialmente disponibili in condizione di

lavorato a freddo sono anche dati in tabella 3.5.

Formatura a freddo

E' importante verificare a priori, con i potenziali fornitori, i limiti della formatura afreddo, poich gli acciai inossidabili richiedono carichi per la formatura stessa pielevati rispetto agli acciai al carbonio. La lunghezza degli elementi formati afreddo su pressa necessariamente limitata dalle dimensioni della macchina o dallasua potenza nel caso di materiali pi spessi o pi resistenti. I tipi duplex richiedonocirca il doppio del carico di formatura applicato ai materiali austenitici e pertanto,di conseguenza, la serie degli elementi in duplex pi limitata. Inoltre, a causadella minore duttilit dei materiali duplex, devono essere impiegati raggi di

piegatura superiori. Ulteriori informazioni sono presenti nel Cap. 10.3.2.Finitura superficiale

In determinate applicazioni, la finitura e l'aspetto delle superfici hanno un certorilievo. I produttori offrono una serie di finiture standard: finitura di stabilimento,finitura opaca e finitura lucida. Si possono inoltre offrire finiture con tessiture

personalizzate. Nonostante le diverse finiture siano standardizzate, la variabilit deitrattamenti crea differenze daspetto fra le varie acciaierie e anche fra i prodottidello stesso stabilimento. La finitura lucida utilizzata frequentemente nelleapplicazioni architettoniche, tuttavia si deve tener conto che questo tipo di finituraevidenzia qualsiasi difetto di non planarit del materiale, specialmente nei pannelli.Questo problema pu essere risolto con l'utilizzo di lamiere sottili irrigidite,

goffrate, tessute, modellate o profilate.


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Viti e bulloni

Gli elementi di collegamento pi ampiamente disponibili sono quelli della classe dipropriet 70 secondo la EN ISO 3506. Agli elementi di collegamento della classe di propriet 70 ed 80 si applicano alcune restrizioni (cfr. tabella3.3). E' anche possibile utilizzare fissaggi "speciali" ordinati su misura, offrendo in alcuni casi

una soluzione economica.Gli elementi di collegamento possono essere fabbricati con diverse tecniche, adesempio tramite macchine utensili, per formatura o fucinatura. I filetti ottenutimediante macchina utensile non devono essere usati in ambienti fortementeaggressivi (ad esempio ambienti marini.) per il problema di una eventualecorrosione interstiziale. Devono perci essere preferiti gli elementi di collegamentoottenuti per rullatura perch sono generalmente pi robusti di quelli fatti amacchina ed offrono miglior resistenza al grippaggio.

3.7 Durabilit

3.7.1 Premessa

Gli acciai inossidabili sono molto resistenti alla corrosione e possono essere usatiin maniera soddisfacente nella maggior parte degli ambienti. I limiti di resistenzaalla corrosione di un determinato acciaio inossidabile dipendono dai suoicostituenti; ci significa che ogni tipo di acciaio risponde in maniera leggermentediversa quando lo si espone ad un ambiente corrosivo. La scelta del tipo di acciaioinossidabile pi adatto per una determinata applicazione deve essere accuratamentestudiata. Generalmente, pi alto il grado di resistenza alla corrosione, pi elevato il costo del materiale. Ad esempio, l'acciaio tipo 1.4401 pi costoso del 1.4301

per laggiunta del molibdeno.

Il materiale in condizione di lavorato a freddo ha una resistenza alla corrosionesimile a quella del materiale ricotto.

I motivi pi comuni per cui un metallo non rispetta le aspettative in tema diresistenza alla corrosione sono:

a) non corretta valutazione dell'ambiente o dell'esposizione per condizioniinaspettate, ad es una contaminazione da ioni cloruro non prevista;

b) il processo di lavorazione dellacciaio inossidabile, che pu aver indottocondizioni non previste nella valutazione iniziale.

Sebbene gli acciai inossidabili possano scolorire e macchiarsi (spesso percontaminazione con acciaio al carbonio), hanno una durata notevole in edilizia. Inambienti industriali aggressivi ed in ambienti marini le prove non hanno mostratonessuna riduzione delle capacit degli elementi, anche in presenza di una leggera

perdita di peso. Tuttavia, le sgradevoli macchie di ruggine sulle superfici esterne possono essere ancora considerate, da parte degli utenti, come un difetto. Unascelta accurata del tipo di materiale, un'efficiente valutazione dei dettagli ed unaadeguata lavorazione, possono ridurre notevolmente la possibilit di macchie(degrado) e di corrosione; nel Cap. 10 vengono forniti consigli pratici in merito.

L'esperienza dimostra che, generalmente, entro i primi due o tre anni di vita dellastruttura, cominciano a manifestarsi seri problemi di corrosione.


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In determinati ambienti aggressivi, alcuni tipi di acciaio inossidabile possonoessere soggetti ad attacchi localizzati. I sei meccanismi di questi attacchi sonodescritti in seguito; gli ultimi tre si riscontrano, tuttavia, raramente nelle strutture suterraferma.

Va rilevato che la presenza di umidit (compresa quella per condensazione) unfattore determinante per lo sviluppo della corrosione.

3.7.2 Tipi di corrosione e prestazioni dei tipi di acciaio

Corrosione per pitting

Come indica lo stesso termine inglesepittingquesto tipo di corrosione si manifestain punti localizzati. Esso si verifica in seguito alla rottura locale dello strato

protettivo, di solito causata da ioni cloro; anche altri alogenuri, solfati ed altrianioni possono avere effetti simili. Nei punti di innesco i prodotti della corrosione

possono creare una soluzione molto corrosiva, che spesso comporta un forteavanzamento del fenomeno. Comunque, nella maggior parte delle applicazioni

strutturali, la distribuzione dei punti di corrosione generalmente superficiale e lariduzione della sezione di un elemento trascurabile. I prodotti della corrosionepossono per macchiare le parti architettoniche in vista. La corrosione da pittingdeve essere ancora meno accettata nelle tubazioni, condotte e strutture dicontenimento.

Poich gli ioni cloro sono la causa predominante di corrosione da pitting, gliambienti marini e litoranei risultano essere ambienti molto aggressivi. La

probabilit che vi siano altre cause di corrosione da pitting, oltre la presenza dicloruri, dipende anche da fattori quali la temperatura, lalcalinit, lacidit e ilcontenuto di agenti ossidanti. La resistenza al pitting di un acciaio inossidabiledipende dalla sua composizione chimica; essa favorita dalla presenza di cromo,

molibdeno e azoto.

Una misura approssimativa della resistenza alla corrosione da pitting data dalcoefficiente di pitting, definito PRE (Pitting Resistance Equivalent), espresso da:

PRE = % (in peso) di Cr + 3,3 x % (in peso) di Mo + 30 x % (in peso) di N.

PRE = % (in peso) di Cr + 3,3 x % (in peso) di Mo + 16 x % (in peso) di N per igradi duplex

Il PRE di un acciaio inossidabile un indice pratico della sua resistenza al pittingrispetto ad altri acciai inossidabili, ma non ha un significato assoluto.

Il tipo 1.4301 ha il PRE pi basso rispetto ai tipi considerati in questo Manuale, percui non indicato per applicazioni architettoniche in ambienti marini, eccetto forse,che per componenti di strutture interne effettivamente riparati dagli spruzzi delmare e dall'atmosfera salmastra. Il tipo 1.4301 pu mostrare livelli di corrosione da

pitting inaccettabili in ambienti industriali aggressivi; pertanto in questi casi sonopreferibili i tipi 1.4401 o duplex.

Corrosione interstiziale

La corrosione interstiziale si manifesta negli stessi ambienti in cui si genera lacorrosione da pitting. La corrosione inizia pi facilmente in un interstizio che non

su una superficie libera, poich la diffusione degli ossidanti, indispensabili per laconservazione della pellicola passiva, limitata. La severit dellinterstizio dipendemolto dalla sua geometria: tanto pi stretta e profonda la fessura, tanto pi sonofavorevoli le condizioni per lo sviluppo della corrosione. Questo potrebbe essere un


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problema solamente in soluzioni stagnanti, dove si pu verificare un accumulo dicloruri.

La fessura pu essere causata da un giunto metallo-metallo, da una guarnizione, daincrostazioni biologiche, da depositi e da danni superficiali, quali scalfitture

profonde. Bisognerebbe fare il possibile per eliminare le fessure, ma spesso non possibile eliminarle completamente.

Come nel caso della corrosione da pitting, i leganti come cromo, molibdeno e azotomigliorano la resistenza agli attacchi e pertanto la resistenza alla corrosioneinterstiziale aumenta passando dal tipo 1.4301 a quello 1.4401, fino al 1.4462.

Corrosione galvanica

Quando due diversi metalli sono a contatto elettrico tramite un elettrolita (cio unliquido conduttore di elettricit come l'acqua marina o acqua dolce non depurata),si stabilisce una corrente attraverso lelettrolita che va dal metallo costituentel'anodo a quello che funge da catodo, che il pi nobile. Di conseguenza, il metallo

meno nobile si corrode.

Questa forma di corrosione assume particolare rilevanza nel caso di collegamentitra acciai inossidabili ed acciai al carbonio o basso-legati. Ci si verifica pure nelcaso di giunti fra due diversi acciai inossidabili, sebbene in misura minore. E'importante scegliere un filo dapporto per saldatura che sia nobile almeno quanto ilmateriale su cui viene depositato. In ambienti corrosivi dove pu essere presenteacqua come grandi impianti industriali e ambienti costieri, e per strutture immersein acque marine o salmastre, i bulloni martensitici e ferritici (vedasi 3.1.2) devonoessere esclusi dai collegamenti in acciaio inossidabile austenitico.

La corrosione galvanica non deve costituire un problema per gli acciai inossidabili,

sebbene in alcuni casi la sua prevenzione possa richiedere misure precauzionaliapparentemente eccessive.

La corrosione galvanica, in linea di principio, deve essere evitata impedendo ilflusso di corrente mediante:

isolamento dei metalli diversi, ad es. interrompendo il contatto fra metalli(vedasi 6.1.1);

eliminazione del ponte elettrolita, cio interrompendo il circuito elettroliticomediante verniciatura o altro rivestimento. Quando si ricorre a quest'ultimasoluzione e non possibile rivestire entrambi i metalli, preferibile ricoprire il

pi nobile (ossia l'acciaio inossidabile nel caso di contatto elettrolitico fraacciaio inossidabile ed acciaio al carbonio).

Il rischio di un profondo attacco corrosivo maggiore se l'area del metallo pinobile (ossia l'acciaio inossidabile) grande rispetto a quella del metallo menonobile (cio l'acciaio al carbonio). Particolare attenzione merita l'utilizzo di vernicio di altri rivestimenti per l'acciaio al carbonio. In presenza di minuscoli pori ocavit nel rivestimento, la superficie ridotta dell'acciaio al carbonio nudo presenterun valore molto elevato del rapporto area catodica/area anodica e pu verificarsi unfenomeno di pitting considerevole nell'acciaio al carbonio. Questo naturalmentemolto pi grave nel caso di materiali immersi. Per questo motivo preferibileverniciare l'acciaio inossidabile: ogni poro dar luogo a minime differenze fra learee.


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Negli elementi di collegamento e nei collegamenti, rapporti sfavorevoli fra aree siverificano con notevole probabilit. Bisogna evitare l'uso di bulloni in acciaio alcarbonio su membrature in acciaio inossidabile in quanto, essendo alto il rapportofra l'area dellacciaio inox e quella dellacciaio al carbonio, i bulloni sarannosoggetti ad attacchi aggressivi. Viceversa l'entit dell'attacco ad una membratura inacciaio al carbonio in presenza di bullonature in acciaio inossidabile sensibilmente minore. In genere opportuno riferirsi allesperienza maturata insituazioni locali simili, infatti, spesso, metalli diversi, in presenza di condizionioccasionali di condensazione o di umidit, specialmente in caso di bassaconducibilit dell'elettrolita, possono essere accoppiati senza effetti rischiosi.

E' difficile prevedere questi effetti perch l'entit della corrosione determinata dauna serie di fenomeni complessi. L'utilizzo di tabelle dei potenziali elettrici ignorala presenza di pellicole superficiali di ossidi, l'effetto del rapporto fra superfici ed ilcomportamento chimico dei diversi elettroliti. Un uso acritico di queste tabelle puquindi condurre a risultati sbagliati. Esse dovrebbero essere utilizzate con moltaattenzione ed unicamente per una valutazione iniziale.

Gli acciai inossidabili costituiscono, di solito, in una coppia di metalli, il catodo esono quindi immuni da corrosione. I contatti fra acciai austenitici con lo zinco el'alluminio possono causare una maggior corrosione di questi due metalli. Ci puessere trascurabile dal punto di vista strutturale, tuttavia pu risultare sgradevole il

polverino bianco/grigio che si viene a formare. L'accoppiamento con il rame deveessere generalmente evitato.

Il comportamento generale degli accoppiamenti fra metalli in ambienti rurali,urbani, industriali e costieri completamente documentato nel PD 6484,Osservazioni sulla corrosione nei contatti bimetallici e sua riduzione.

Tensocorrosione (Corrosione sotto tensione)Lo sviluppo delle rotture per tensocorrosione ("SCC", ovvero Stress CorrosionCracking) richiede la simultanea presenza di sollecitazioni a trazione e di specificifattori ambientali che raramente si ritrovano negli ambienti dei normali edifici. Nonoccorre che le sollecitazioni siano molto alte rispetto a quelle di snervamento delmateriale e possono essere imputabili ai carichi e agli effetti residui dei

procedimenti di fabbricazione, quali saldature o piegature. Particolare attenzionemerita lutilizzo di membrature in acciaio inossidabile con elevate tensioni residue(ad es., per deformazione a freddo) in ambienti ricchi di cloruri (ad es., piscine,installazioni costiere o strutture offshore).

Gli acciai inossidabili duplex presentano in genere una maggior resistenza alla

tensocorrosione rispetto agli austenitici considerati in questo Manuale. Per quelleapplicazioni nelle quali la SCC risulta essere una forma di corrosione pericolosasono stati sviluppati acciai inossidabili austenitici molto legati 1.4539, 1.4529,1.4547, 1.4565 (non considerati in questo Manuale) .

Una certa cautela deve essere esercitata quando componenti contenenti elevate tensioniresidue (ad esempio per lavorazione a freddo) sono utilizzati in ambienti ricchi di ionicloruro (ad esempio piscine al coperto, ambiente marittimo, offshore). La EN1993-1-4raccomanda che nel caso di membrature portanti in atmosfera contenente cloruri chenon possono essere pulite regolarmente (ad esempio coperture sospese al disopra di

piscine), devono essere utilizzati solo i tipi 1.4529, 1.4547, 1.4565, a meno che laconcentrazione di ioni cloruro in acqua sia (eccezionalmente) 250 mg/l, nel qual

caso utilizzabile anche il tipo 1.4539. Possono essere utilizzati anche altri tipi deiquali sia possibile dimostrare una equivalente resistenza alla rottura pertensocorrosione in queste atmosfere.


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Corrosione generale (uniforme)

Nelle condizioni normali, in cui tipicamente si trovano le strutture, gli acciaiinossidabili non mostrano quella riduzione della sezione, in seguito alla formazione

di ruggine, che caratterizza gli acciai al carbonio e quelli basso legati.L'acciaio inossidabile resistente a molte sostanze chimiche; infatti utilizzato avolte per il loro contenimento. Nei casi in cui l'acciaio inossidabile viene a contattocon prodotti chimici opportuno consultare apposite tabelle presenti in letteraturaoppure ricorrere ad esperti in corrosione.

Corrosione intergranulare (sensibilizzazione) e degrado dellasaldatura

Quando gli acciai inossidabili austenitici sono soggetti a prolungate esposizioni frai 450 e 850C, il carbonio, in essi contenuto, migra verso i bordi dei grani e

precipita come carburo di cromo, che a sua volta asporta cromo dalla soluzione

solida e ne riduce il contenuto nella zona adiacente al bordo dei grani stessi. Inqueste condizioni l'acciaio viene dettosensibilizzato. Il bordo del grano diventa unazona preferenziale per un attacco in seguito ad una successiva esposizione inambiente corrosivo. Questo fenomeno, se si manifesta nella zona termicamentealterata di una saldatura, noto anche come degrado della saldatura.

Per impedire la corrosione intergranulare si pu ricorrere a tre soluzioni:

impiegare acciai a basso tenore di carbonio;

usare acciai stabilizzati con titanio e niobio, poich questi elementi,combinandosi preferenzialmente con il carbonio, formano particelle stabilie riducono di conseguenza il rischio di formazione di carburi di cromo;

ricorrere a trattamenti termici, anche se raramente utilizzati nella praticacome soluzione alla corrosione intergranulare.

I tipi di acciai inossidabili a basso tenore di carbonio (0,03% massimo), di spessorefino a 20 mm, non sono soggetti a corrosione intergranulare in seguito allasaldatura ad arco.

3.7.3 Corrosione in determinati ambienti

Aria

L'aria differisce da ambiente ad ambiente e conseguentemente mutano i suoi effettisugli acciai inossidabili. L'atmosfera delle zone rurali, non contaminata dai fumidell'industria o dalla salsedine delle coste, particolarmente "favorevole" intermini di resistenza alla corrosione, anche nelle aree a forte umidit. L'atmosferanelle aree industriali e marine considerevolmente pi aggressiva. E' opportunofare riferimento alla tabella 3.7 per la scelta dei tipi pi adatti di acciaioinossidabile.

La causa pi comune di corrosione atmosferica sono le particelle metalliche diferro che si formano nel corso della produzione e del montaggio ed i cloruri diorigine marina, derivanti da trattamenti industriali e dal cloruro di calcio usato perla produzione del cemento. Alcune particelle depositate, pur se inerti, sono in grado

di assorbire deboli soluzioni acide di anidride solforosa che possono rompere lapellicola passiva in punti localizzati.


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L'aspetto generale degli acciai inossidabili esposti influenzato dalla finiturasuperficiale (la migliore quella pi liscia) e dal lavaggio, regolare o meno(eseguito appositamente o dovuto alla pioggia).

Acqua marina

L'acqua marina, compresa quella salmastra, ha un alto contenuto di cloruri ed perci estremamente corrosiva, specie se fluisce lentamente (sotto 1,5 m/s circa.).A basse velocit del flusso d'acqua pu manifestarsi una notevole corrosione per

pitting nei tipi 1.4301 e 1.4401 i quali possono essere inoltre colpiti da attacchinelle fessure, presenti come dettagli di progetto oppure derivanti dall'azione diorganismi incrostanti.

Gl

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Strutture in Acciaio Inossidabile